Colección Permacultura 16 Energía Eólica e Hidraulica de Bajo Costo
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CCION PERMACULTU
ENERGÍA EÓLICA EHIDRÁULICA DE
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- - - ~ - - - - _ -COLECCIÓN P E R ~ ' A C U L T U R A
Desgravación del curso de
permacultura
Prof .: Antonio Urdiales Cano
www.permacultura.com.ar
Te!. : 011-4709-7675
ACLARACIÓN :
La palabra PERMACULTURA
esta registrada. El autor
de esta obra está
autorizado a usarla.
DMDA 940856Reproducción prohibida
---- -. - ------- -- - -
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~ O L E C C I Ó N PERMACULTURAj
Energías Eólica e HidráulicaDe Bajo costo
I: Energía EólicaPotencia disponible
Antes de decidimos por la ene rgía eólica, que tipo demáquina vamos a usar y qué costo vamos a afrontar, es
necesario conocer el lugar, la velocidad y la frecuenc iadel viento . Lo que define cuanta potencia tendrá nuestroequipo es el diámetro de la turbina a usar y la velocidaddel viento.
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Para producir energía eléctrica con el viento no setrata de contar con la mejor turbina y el mejorgenerador si no de la mejor pareja turbina-generador.
Por eso hay que Ir probando y ajustando distintos
generadores para una hélice o distintos diámetros ynumero de palas para un mismo generador. Contamos
con una fórmula, que nos da la potencia aproximada enkilovatios, en función del diámetro de la pala y lavelocidad dei viento.
Y' .D 2. KP= -------------
45.000
P: potencia en KwO: diámetro de la hélice en m
Y: veiocldad del viento en Km/hK: coeficiente según el tipo de turbina.
Coeficiente KSabonius 0,15Molino de viento 1,17
Mol ino a vela 0,30Molino de bombeo de agua 0,30Rotor Darrieus 0,30Hélice de alta velocidad 0,45
Para calcular el diámetro necesario:
45.000. P
0=-------------y '. K
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Calculo grafico
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Para un calculo aproximado podemos acercamos a los
valores de potencia posibles con el siguiente grafico
donde se entra por las líneas cruzadas.
Gráfica: para K= 0,15
,
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Para saber la potencia, la velocidad del viento latenemos en las líneas inclinadas (caídas hacia laizquierda), una de ellas representa esa velocidad, en las
líneas inclinadas hada la derecha está el diámetro en m
de la hélice. Siguiendo una línea de velocidad buscamosdonde se corta con la línea del diámetro que queremos.
A la aitura en que se cortan hay una horizontal que
indica la potencia en Kw. que se lee en los costados del
grafico.
Para saber el diámetro necesario, sabiendo cuantapotencia neces itamos y la velocidad del viento del lugar.
Por una la línea de la velocidad, la recorremos hasta
llegar a la altura de la potencia que deseamos. En esazona hay una línea de diámetro que cruza por allí, ese
es el diámetro necesario.
Entrando con la potencia y el diámetro sabremos
que viento necesitamos. Donde se cruzan potencia y
diámetro esta la línea de la velocidad.
Velocidad del viento
Para tener registros de la velocidad del viento, seinstala un anemómetro que nos indica la velocidad. En
caso de no poder comprarlo o conseguirlo contamos con
la posibilidad de hacer nuestros propios aparatos.
Medidor de velocidad del viento 6
Podemos hacer nuestros aparatos de distntas
maneras. Una tabla y una pancarta de chapa de hierroo de madera queda expuesta al viento que la va
empujando y llevando a una posición que depende de la
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·fuerza del viento. La posición de esa "pancarta" indica la
velocidad. Una vez construido se lo saca a pasear sobre
un camión o camioneta un día que sabemos que no hay
viento. Con la referencia del velocímetro del vehículo
vamos haciendo las marcas sobre la tabla en la posiciónde la pancarta.
Indicador casero de velocidad del viento
Una vez calibrado así el equipo se instala en el lugar
donde estaría el generador.
Detector eléctrico
¿Conocen cómo es el mecanismo de medición del
nivel de combustible de los tanques de autos?
Estos tienen un detector de nivel formado por unfiotador y un potenciómetro, se alimentan con corriente
continua de 12 V Y envían una señal a un indicador de
aguja instalado en el tablero. Todo esto se compra en
cualquier casa de repuestos de automóviles, tanto el
flotador como el reloj indicador de nivel. Al detector le
quitamos el flotador, le ponemos una pancarta de chapa
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y lo atornillamos sobre un soporte. Lo sacamos a pasear
un día sin viento pero esta vez, las marcas se hacen en
el indicador sobre cuyo vidrio pegamos un papel con
forma apropiada para ese fin. Con eso podemos tener
un medidor de velocidad del viento.
Medidón visual
Hay una forma de medir aproximadamente la
velocidad del viento. Los telegrafistas usaban un códigopara medir sin aparatos y comunicar la velOCidad del
viento.
Distinguían 12 niveles, de viento 1 a 11.
He aquí los indicadores que usaban como referenda;
R
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VELOODAD INDICADORES
oa 1 Km/h El humo sube en fonna vertical, lashojasde los árboles no semueven.
1a SKm/h Las hojasde los ártloles grandes apenasse mueven, la dirección del viento queda
marcada porel humo .
6 a 11Km/h se sienteel viento en el rostro, las hojastiemblan, lasveletasempiezan a girar.
12 a 19Km/h Las hojas y ramas pequeñas seagitanconstantemente, el viento hace ondear lasbanderas.
20 a 28Km/h Vuela el polvo Y los papeles, las ramasgrandes se mueven.
29a 38 Km/h Los arbustos se balancean y en las aguasinteriores se forman pequeñas olas.
39 a 49Km/h Lasgrandes ramas se agitan, los hilos deteléfono silbar y el usodel paraguas se
hace difICil.
50 a 61 Km/h los árboles seagitan enteros, resultadif'1Ci1 caminar contra el viento .
62 a 74 Km/h Elviento quiebra las ramas, caminarcontra el viento es generalmente
Imposible
75 a 88 Km/h Se parten las ramasgrandes, caenchimeneas y carteles.
89 a lD2Km/h Arranca árboles de raíz y producedañosen edifidos.
Mas del03 Destruye edifICios, vuelca automóviles yarranca oostes
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" " , i 'La 'altura tiene que ver,_o
Para las mediciones, lo mejor es hacerlas en el mismo
lugar y altura que va a estar el equipo, Por ejemplo
contar con la torre antes de hacer las mediciones. Sinembargo esto no es lógico porque no se puede hacer la
mitad de la inversión para saber si es factible el total de
ella.
Si no se cuenta con una torre preca ria como ser una
torre de antena, alguna construcción en el lugar, no haymas remedio que montar el aparato de medición en un
caño o algo lo mas alto posible y calcular que a más
altura tenemos más velocidad. La diferencia de altura
entre el iugar de la máquina y la medición produce
diferencias de medición que se corrigen con la siguiente
gráfica:
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Más importante que la velocidad
Ninguna medición de velocidad es decisiva para elegirla energía eólica. Lo más importante es la regularidad
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del viento. Con ninguna otra fuente de energía hay tantoproblema con la regularidad. Conozco casos que
invirtieron gran cantidad de dinero y luego abandonaron
el generador en las alturas mientras usan energía de lared. Otros insisten con la energía eólica pero pasan días
en la oscuridad." " .
Más que una medición de velocidad del viento
necesitamos saber cuantas horas a tal velocidad y
cuantas a tal otra, o un integrador electrónico quemultiplique velocidad por tiempo, o lo que es lo mismo,un pequeño generador con un medidor cumple
cabalmente con esa función. Ese mismo trabajo lo hace
un molino con bomba de agua. La cantidad de agua alo largo del año indica la cantidad de energía.
Lo más importante no es contar con una gran
velocidad del viento. Si se trata de una brisa permanente
es una buena variante, porque en ese caso se pone unahélice más grande y todo arreglado. Pero si tenemos enel año un mes sin viento y once de calma équ é
hacemos? Se puede acumular la energía eléctrica paratres, cinco días, pero diez días o quince y aumentamos
el costo de manera impresionante.
En la costa marina y en el Sur Patagónico anda bien
la eólica" porque "mucho viento y constante. En otras
regiones hay que"estudiarlo muy bien antes de tomar adecisión de Instalarlo.
Mejorpoco pero siempre
Una vez estudiado el régimen de vientos del lugar nosencontramos frente a la decisión de que maquina elegir.
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lo
'o +--'--_ _ -,
Nos conviene diseñar un sistema que aproveche laenergía el mayor tiempo posible. No la mayor potencia
posible. Es decir, un equipo para vientos de pocavelocidad y que arranque con poco viento para quetrabaje el mayor tiempo posible.
l.i1 turbina eó/ia
Tenemos muchos tipos de turbinas. Las de eje
horizontal y las de eje vertical.
Las de eje horizontal son las hélices, que pueden sera sotavento o a barlovento, la primera es la que está del
lado de donde azota el viento, la segunda no necesitaveleta y está la hélice del lado que se va el viento.
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Hélice i1 sotilvento hélice a barlovento
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¿Porqué las hélices tienen 4; 3; 12 palas? .'
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Los molinos para elevar
agua tienen muchas palas,mucho torque y pocavelocidad. Además tienenuna caja de engranajes que
reduce aún más la velocidad
ta velocidad esta enfunción de la velocidad delviento, del numero de palas,
del ángulo de ataque y deldiámetro de la hénce,
Achicando el diámetro tengo
másvelocidad.
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Cuanto menos palas tienen mayor rendimiento t ienen,también más velocidad desarrollan y menos torque, porsupuesto. ta hélice más rápida es la de una pala y
contrapeso, pero es también la más desequ ilibradaporque el empuje del viento sobre la hélice no solo
prod uce torsión sobre el eje, también la hélice produce
un momento fiector sobre eleje mientras que elcontrapeso no producefiexión.
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Turbinasde eje vertical
El Sabonius es una chapa curvada que gira sobre un
eje vertical. En una época se usaba mucho un saboniusque movía un extractor de aire centrífugo que poblaba la
mayoría de los techos de las fábricas, ahora vienen de
una forma esférica o toroidal donde están las 2 cosas
integ radas.
Extractor dásico
otras de eje vertical
....
l'AnI' I',.,;GIROMILL.
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Lo grave de la energía E6/ica
Habíamos visto los problemas que causa la ausencia
de una detenminada fuente de energía. Eso es común atodas. Puede faltar la solar por días nublados, la. • lica por estaciones sin deshielo O sin lluvia. La
energ a eólica tiene ese problema común, pero tiene unoexclu ivo que es el exceso. Los vientos fuertes y en
algun s lugares los huracanes.
_ ---""" "pre, en algún lugar sucede un temporal fuera delo acostumbrado y si se cumple la Ley de Murphys ese
momento y lugar será el nuestro, cuando terminemos deinstalar un equipo eólico. De modo que la previsión de
esto debe estar en los cálculos y los planes.
Se conocen diversos mecan ismos para eliminar losdaños que pudieran causar los huracanes. Primero, hace
falta una estructura calculada para que no sea destruida
por vientos fuertes. Segundo, hay que contar con
mecanismos que desactiven el sistema cuando losvientos pasan el límite de lo conveniente para nuestra
instalación, pudiendo destruir la estructura o pasar de
vuelta a la turbina.
Una solución es la hélice de paso variable, que a
medida que aumenta la velocidad aumenta el paso, detal modo que cuando el viento llega a la velocidad límite
establecida la hélice se encuentra en posición de
bandera. Además este sistema facilita la regulación develocidad cuando la intención es usar corriente alterna.
Otra solución muy usada es un mecanismo que con elexceso de viento atraviesa el equipo, es decir, pone el
eje de rotación transversal al desplazam iento del viento,
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0'l5O VAR¡liPiE01 FlJNCldN DE
lA FUERz.,q
El más
común de losmecanismos esel que semuestra en lafigura. El eje derotación delequipo está endistinto planoque el derotac ión de lahélice, de modoque hay un
esfuerzo giratorio que tiende a sacar al equipo de suposición de trabaj o, esto se compensa gracias alesfuerzo que hace el timón del equipo. Pero el timónpuede girar con respecto ai generador a causa de unfreno débil que puede ser superado cuando el vientopasa de cierto valor.
Las tres soluc iones que hemos visto pueden serensayadas y puestas a punto, en un día sin viento, abordo de un camión con velocíme tro.
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Cualquier fabricante del País y alreded ores,comuníquesea mi teléfono para incluirlo en la lista.011-4709-7675 ó pemacultura @ciudad .com.ar
De cartela generador eólico
••
~ ; " Contamos con un¡ t '
.,ii¡, generador construido
'1' totalmente conmateriales reciclados.
La turbina es carte l
.'í giratorio de Kiosco y, fotocopias. Estos son• algo así como
5abonius rápidos.
...) Muy apropiados parala ciudad ya que giran
muy rápido con pocavelocidad de viento yno importa en quédirección sopla . Lepusimos un motor delustra-aspiradora. 8
motor tienereemplazado el
17
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campo por imanes permanentes.
Este tipo de generadores especial para quien vive en undepartamento y quiere cortarse la electricidad. Puede
ser instalado en un bacón que tenga buen vientodurante el día. No se puede aprovechar de noche por elruido que produce, que si bien no es mucho, setransmite por las paredes a todo el edifido y de noche,
cualqu ier ruido esmucho.
Molinos de viento
Muy difundido en toda la literatura de energíasalternativas es el generador eólico vela o MolinoCretense . TIene una potencia eléctrica 750 W. Esta
IR
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construido con postes, listones, soga, lona, algo deherrería Y buloneria. El rotor tiene un diámetro de 3,85
.rn y esta compuesto de ocho listones de 50 x 50 x 1850mm unidas con soga de velero de diámetro 5 mm, ahí se
montan las velas de lona.
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El eje es un caño
Galvanizado de unapulgada. Los
listones van
atornillados a unapolea de 315 mm,entre ambos va un
disco de enchapado
de madera de 25mm con un
diámetro de 450mm. Con esta polea
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bau pr"e'" ..ep" ...cdoYq polea
. .t- -_ .. JI:' O<:J rn,.,...
comienza un tren compuesto de transmisión quemultiplica por 100 el numero de vueltas del rotor.
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J
iIpelo .--t. :!L.. eje
La transmisión mueve un alternador de 24 V para 30 A.
El cuerpo principal esta formado por listones de 75 x
50 mm y el eje de rotación esta franqueado por dos
tacos de 100 x 50 x 500.,, "l"o _
, ~ - - _ LVQ-.Hl PARA ~ 4 ' J " I ~, _ ' _ y¡tli.7'$AN"'''()IJ..... _... _,. .....¡ e .. ·'" -' . / ' - ·- .:JeoloQ de C;OO'11l'achoPQdo pgro I ! i o r a ~ d a ..1......,
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1 ' . '1.3 0 (.."_ ' -. .
La distancia entre eje de rotación y la punta es 550,
entre eje y cola es 2050 mm, la cola agrega 1.000 más y
su altura es 1.200 mm.
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La torre se construye con cuatro postes y listones de100 x 75mm. Se arma enel suelo como dos escaleras
independientes y luego se unen formando la torre y por
ultimoseerige con sogas.
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II- Energía Hidráulica
ccueot» potencia tenemos?La hidráulica es la mejor de todas las fuentes de
energía, con menos inversión ofrece más potencia. Elagua es más potente. Por lo general, esta fuente de
energía esta presente todo el año y a toda hora. De
modo que si generamos alterna es fácil regular lavelocidad porque solo varia la carga eléctrica y sigeneramos continua se requiere muy poca potencia
porque acumula energía durante 24 horas por día,
Formula para saber cuánta energía:La potencia en kilovatios, es igual a ia altura en
metros, por el caudal en litros por segundo, dividido 200
? 1
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h (m). Q (litros/min)P (I(vv)=o----------------------·--
200
P: Potencia en I(vv
H: altura en mQ: caudai en litros por
segundoMedición de la altura
La diferencia de aitura en metros es fundamental.Para medirla hay muchas variantes. Hay relojes quevienen con altímetro y miden con un error de mediometro en mas o en menos . Otra variante es contrastar
un agrimensor que nos diga que diferencia de alturatenemos. Hay otra que es con satélite y da la diferenciacon un error entre 4 y 12m.
Midiendo con manómetro
Con una manguera y un manómetro se mide
perfectamente la altura. Lo que medimos es presión,conviene hacerlo con agua del mismo río. No esnecesario contar con una manguera de la longitud de lainstalación, se puede usar un tramo que se vatransportando y sumando las presiones medidas hasta
lograr el resultado total. También el largo de lamanguera se va sumando para tener idea de la longitudde la instalación
E ' 5 ~ C A C O A l L A L ~ A¡)EL IIt-J.4ÑÓ!'tfE71tO " A ~ M
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Equipo paramedidón porpresión
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MAN6</ERA
. / TR' lNSftlIRE" T10
' ~ L V U L A........ --1f1ANOM"TT>(;~ - ~ - : ~. -Medídón con manguera y manómetro
La cruz de la verdad
Así llaman a un nivel óptico formado por una cruz decaña, a esta se encuentra atada una manguera
transparente cenrada en forma de anillo, este anillo está
lleno de agua hasta la mitad. Eso es lo que permitealinear la vista para comparar alturas.
Otra persona con una caña pautada en metros se
ubica más abajo en
la pendiente. Se
observa ladiferencia de aitura,
luego el de la cañaespera la llegada
del de la cnuz para
que la ubique en el
mismo l u g ~ r que lacaña. Se anota ladiferencia y se
repite la operación
hasta llegar al lugar
de destino, luego se
suma todo. La caña
sirve para ir
midiendo la distancia.
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La altura real
Para aplicar la fonnula de la potencia disponible,
necesitamos la altura y el caudal. Sin embargo, la altura
medida corresponde a un caudal cero-. Cuando hayvelocidad del fluido se pierde altura en 'el punto de
destino. Lo que se pierde por fricdón depende de la
velocidad del fluido y del diámetro de las cañerías. A la
altura medida se la llama "altura geodésica" la perdida
de altura por fricción "perdida de carga" restando ambos
valores se obtiene la "altura real" que es la que sirve
para el ca lculo.
Calculo de la perdida de carga
Si elegimos un diámetro de cañería entramos a la
gráfica y encontramos líneas para lela inclinadas que vanbajando de izquierda a derecha, una de ellas tiene
aproximadamente el diámetro elegido. Moviéndonos poresa línea, vamos a encontrar que se corta con alguna
línea horizontal que tiene nuestro caudal de aguadisponible, por ese punto pasa una vertical, la seguimos
hacia abajo y en la base de la grafica hay un numeroque corresponde a la perdida de carga para nuestro
caso.
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Perdida de altura en m en función del caudaly el diámetro del caño
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El número de la base, expresa en metros la perdidade altura por cada 100 metros de cañería.
Por ejemplo: vamos a la gráfica y entramos por la
derecha con un caudal de 100 m3/h, vamos por la líneahorizontal hasta cortar la línea indinada de 125 mm de
diámetro, de la interseedón bajamos y encontramosnuestra pérdida de carga 45 m por cada 100 m de caño.
La ruaosldad de las cañerías también tienen oue ver:
FACTOR DE CORRECCIÓN POR RUGOSIDAD
Chapa soldada. Multiplicar la perdida por 0,76Caños de fibrocemento 0.80
Caños de homnigón liso 0.80
Caños de hormigón rugoso 2.10
Los accesorios como codos y válvulas también causan
pérdida de carga. Para facilitar los cálculo, a lasaccesorios se los considera como una cierta cantidad de
metros de caño:
LONGITUD EQUIVALENTE DE ACCESORIOS
Vá lvula a compuerta: 10 m de caño
Válvula Esférica. pasoestándar 4 m de cañoVálvula Esférica. paso total idem caño
Codo 8 m de caño
Curva 5 m de caño
Ampliación o reducción de diámetro 5 m
?R
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LOS caños de hierro resisten perfectamente lacorrosión si el pH del agua es 7 o más, no importa
cuanto más.
Medición de caudal
se hace un diquecito, una pared con un vertedero.ponemos una estaca o una marca a 2 m aguas aniba, aigual altura que el vertedero. Cuando está pasando agua
med imos la altura del agua con respecto a la marca. Con
esa altura vamos a la tabla y ella nos indica el caudalque está pasando por cada 10 cm de ancho devertedero.
Prot. Caudal Prof Caudal Praf. Caudal Prof Caudal
h an QVs han QVs han QVs han QV,I 0,7 1S 10,4 29 27 43 47.4
2 O,S 16 11,4 30 28,4 44 49
3 1,0 17 12,4 31 28,8 4S SO.s
4 1,4 18 13,5 32 31,2 46 52,1
5 2,0 19 14,7 33 32,6 47 53,7
6 2,7 20 15,8 34 34 48 55,3
7 3,4 21 17 35 35 ,4 49 56 .9
B 4,1 22 18,1 36 36,9 50 58,S
9 4,9 23 19,4 37 38,3 51 60,2
10 5,7 24 20,6 38 39,8 52 61,8
11 6,6 25 21,9 39 41,3 53 63,5
112 7,5 26 23 ,1 40 42,8 54 65,1
13 8,4 27 24,4 41 44 ,3 55 66,8
14 9,4 28 25,7 42 45,9 56 68,S
?Q '
- -
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Por ejemplo, si medimos una profundidad de 5 cm, la
tabla indica 2 litros por segundo por cada 10 cm deancho del vertedero. Si nuestro vertedero mide 40 cm
de ancho el cauda l que queremos medir es de 8 iitros
por segundo.
La prueba de la sal
Para mayores caudales se mide por conductibilidad
eléctrica. Alguien vierte agua del mismo río con el
agregado de sal, otra persona, aguas abajo, mide laconductibilidad eléctrica del cause, esta va aumentandopor el agregado de sa l, luego va decreciendo hasta lo
normal. Luego, en un recipiente grande se pone un
volumen conocido de la misma agua salada que
estábamos tirando al río y se agrega agua del río, tantos
volúmenes como haga falta hasta llegar a laconductibilidad que tenía el río en su momento máximo.
Si hemos agregado 30 volúmenes de agua, eso quiere
decir que el caudal del río es 30 veces mayor que el
volumen que vertimos en él. Lo mejor es verter de un
camión tanque con una bomba con caudal conocido opor un caño cuyo caudal conocemos bien. Todo esto se
puede hacer midiendo resistencia pero lo dicho es al
revéz.
Las turbinas hidráulicas
Haydistintos tipos de turbina, un para distintos casoscomo ser mucha presión con poco caudal, Mucho caudal
con poca presión, otro caso sería mucha altura y mucho
caudal a la vez. Siempre hay una turbina adecuada para
el caso
La turbina PeltonEs la turbina más usada donde hay mucha altura y
poco caudal. Tal es el caso de Chile, donde los ríostienen un cause corto, por lo tanto de poco caudal. Pero
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por el mismo motivo,
en Chile cuentan congrandes diferencias de
altura.Imaginen una
manguera de bomberocuyo chorro golpeacontra una rueda quetiene unas tacitas que
son como cucharonesde doble hilera.
Tllminll PPltnn ron ? r h n r r m ~
El chorro golpea sobre eso
cucharones y la hace girar.
El chorro se divide y cambia
dedirecdón
Rotor Pe/ton
La turbina KaplanEstas son como loque llamamos turbo-venti lador, estas
hélices son de pasovariable. ,CÚando las
; ..... , ,aspas están muyplanas, pueden girar
muy rápido
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con poca velocidad de agua Se usa para grandescaudales con poca
diferencia de alturacomo es el caso de las
usinas mareo-motrices oSalto Grande sobre elRío Uruguay. Trabajancon eje vertical uhortzontal según sea el
casoRotor Kaplan
La Kaplan casera
Cualquier turbo-ventilador metido en una acequia esuna turbina Kaplan. SI la acequia tiene suficiente
velocidad essuficiente para
mover algo. Dondehay poca diferenciade altura se puedehacer una obrita en
chapa, madera,hormigón o ladrttlo ycon esto algo deenergía se puedelograr.
l '
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Diseno para un canal de nego
,
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-¡,.,.r"""""-- - I-- "
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,
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- . ,-' . '
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,, · r::-.-JJ .;,. -, - -,,
, • - - -, sCPO¡a.T_ -"
-" Il·
,..
- -
La FrancisSe usa para cua lquier potencia, de lo más chico a los
más grande, siempreque se cumpla la
condición de d ertapropcrción entre altura
y caudal. Poca alturacon poco caudal,
mucha altura conmucho cauda l.También dondecoincide el Inmensocaudal con la granaltura , como es el caso
de Yadretá, COrpus, El(hocón, se usan
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exclusivamente las turbinas Francis.
Es la más diñcil de dibujar, imaginen una especie de
embudo con la entrada de agua fuera de centro, al
pasar el agua se forma un remolino y un eje vertical con
palas que es movido por ese remolino. La turbina francises muy parecida a una bomba con la diferencia de queel agua entra por la salida (de la bomba) y sale por la
entrada.
'"VO IUl.ól
..., ..
__ --4 __
¿Que turbina?'..-
Rango de aplicadón de turbinas. Fuente:James Leffe! Ca US4
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véase que en la bisectriz de los ejes está la Francis de
un extremo a otro .La información que necesitamos para elegir una
turbina hidráulica es la altura y caudal. Si tenemos unaacequia, usamos una Kaplan . En zona de mucho caudal
y buena pendiente Francis. Donde hay una vertiente con
gran diferencia de altura la Pelton.
Bombas centrífugas como turbínas
La mayoría de las bombas centrífugas pueden serusadas como turbina si se conectan al revez, es decir
que entra el agua por la salida y sale por la entrada.
Conociendo nuestras condiciones de caudal y altura real,sa limos a buscar la bomba.
""- ,
Electro-bomba centrifuga apropiada para turbina
No cualquíer bomba
Hay bombas que no sirven para turbina.
Desprecie todas las bombas de achique porque t ienen
por dentro mucho espacio libre y el agua va a circular
por los intersticios en vez de hacer girar al impulsor. Noes que sean malas para achicar, son así para que no se
traben con objetos sólidos que pasen por ellas.
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Q
@
Tampoco bombas de lavarropa Obombas de agua de.
automóviles por el mismo motivo.
_ _ ' M ".. ,- ._0' •
"- :-.- -0-.
Una bomba de las más baratas
Las mejores bombas para nuestro fin tienen la
envolvente espira lada, mejor si tiene la desca rga
descentrada. Impulsor radial y cerrado, El impulsor
cerrado disminuye el rozamiento hidráulico, el anillo
rozante impide que el liquido vuelva porafuera del impulsor. En nuestro caso impide que el agua
pase por afuera del mismo. Los sellos mecánicos tienen
menor rozamiento que los prensa-estopas tradicionales y;.
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no tienen mantenimiento. Todas las ventajas descritashasta aquí hacen que la bomba seamas cara .
A ltILL O
NTé
nI I;.
__ 0 __ -
'e;d-- - .,¡.,¡;'+-'
L L MECANlCO
Una botnbe de las más caras
Selección de la bombapara turbIna
Las buenas fabricas de bombas tienen hechas lascurvas características de cada modelo que ofrecen, tantopara 1.400 y 2.800 rpm como para cada diámetro de
impulsor. Eso nos penmite orientarnos a la hora de elegiruna bomba para ponerla de turbina. Pero no se le vaya
a ocurrir pedir una bomba con las características de
altura y caudal que tenemos medidos porque no va afuncionar. El mismo fabricante tiene banco de prueba,
eso le penmite ensayar varios modelos y nos puede
entregar la turbina probada, incluso con generador
montado y probado.Para iniciar ia selección de la bomba podemos
comenzar por un modelos de la mitad de la altura y lamitad del caudal que tenemos. Por ejemplo, para una
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altura de 20m. y un caudal de 20 lit ros/seq se
recomienda una bomba de 10 m y 10 Its/seg.
La altura de la bomba es igual a la altura de la turbina
sobre el coeficiente de altura :
Cauda l de la bomba es igual al caudal de la turbina
sobre el coeficiente de caudal;
7-
Rendimiento es el de la turbina sobre el coeficiente de
rendimiento:
K¡; y Kq van 2,1 a 1.1 y K, va de 0,92 a 0,99 los
primeros dependen del número especifico de la bomba,
pero lo mejor es probar.
Esta bomba va a trabajar a una presión que es el
doble de lo normal y el eje también va a trabaja r con el
doble de torque Por ese motovo .hay que consultar con
el fabricante a ver qué modelo se adapta.En síntesis, si la altura es 10 y el caudal 10 (por poner
un número) la bomba será 5 y 5, el eje debe soportar.el
torque de una bomba 10: 10 y el tamaño del generador ,
es el motor.de una bomba 10; 10. .
Para más información w w w ~ i t d g . 6 r g . D eTurbina hidráulica de herrería
.Hav una tu rbina que puede ser construida por un .
taller metalúrgico de cualquier pueblito, herreros que se. . . .
dan maña o incluso hay muchos chacareros que tienen .
un taller completo y lo saben usar.Esta 'SE; llama "Turbina Michell Banki" o "Turbina de
fiujo cruzado" Se llama de flujo cruzado porquee l agua
pasa dos veces por la turbina. Hace fuerza al entrar yo'
luego al salir. Fue patentada por un australiano llamado
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Michell y un húngaro Banki en 1903. El rotor tieneaspecto de jaula de ardilla. Se recomienda esta turbina
para potencias que van desde 2 a 80 Kw.
Hay dos modelos desarrollados la TI, vetusta, realizableen taller metalúrgico local y es la que vamos a tratar
aquí. Hay otro desarrollo más resiente: la TI que es unamaquina de alta tecnología.
e
•5
La n tiene rotor con diámetro de 400 mm y presta
servido con alturas de 2 a 20 m, La TI tiene rotor de200 mm, funciona con alturas de 8 a 90 m y gira al
doble de velocidad que la n . Ambas líneas tienensiempre el mismo diámetro, lo que cambia es el ancho X
en función del caudal, y la velocidad depende del paso
del agua por la turbina.
Descripción de la turbina TI.La admisión (1) consiste en dos placas curvas, que
forman una espiral logarítmica, soldada a dos panelesPlanos, formando una sección de admisión y una tobera
1Q
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rectangular Elancho de admisión
se denomina x. El
rotor (3) consta de
28 alabes que son
cortados de tubería
estándar de 5pulgadas de
diámetro y 5 mm
de espesor (2),_I Rotor Rimki que se ajustan en
ranuras en dos
discos laterales de 400 mm de diámetro donde van
soldados. El eje central (3) está también soldado al disco
del rotor. Completada la operación de soldar se realiza
el mecanizado final del rotor, incluyendo discos, alabes yel diámetro los extremos del eje. Los rotores que
superan el ancho de 220 mm llevan un disco central a
modo de refuerzo. Los rodamientos usados son del tipo
doble rodillo a rotula que hacen innecesario un!'
cuidadosaalineación de los soportes de rodamiento.
Para cubrir los rangos de altura y caudal la turbinaTI se fabrica en 10 anchos de tobera! X.
Tipo
XSO
X70
Xl00
XI50
XI80X200
X220X300
X360
X400
Tabla de
A B352 462
372 482
402 512452 562
482 592
502 612
522 632602 712662 772
702 812
dimensiones
e xD Peso aprox. Kg.
694 50 260 220714 70 280 230
744 100 310 345794 150 360 260
824 180 390 275
844 200 410 280
864 220 430 290944 300 510 3251004 360 570 345
1044 400 610 360
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El caudal es controlado por el regulador de fiujo (4)
su eje es paralelo al eje del rotor, con dos perfiles U. Lalengüeta regular como compuerta y ajusta suavemente.El dispositivo es guiado por una varilla de empuje (6)
con rosca, o cilindro hidráulico si contamos con control
de velocidad. se completa la carcasa con la base (8), la
parte trasera (9) y el bastidor (7)
•-. ,
• • •;
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I •• " Ir- • ' I I ' o U ••. ,¡I
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.l...r, ~ I - '+ -1
,
I
La soldadura defonna
Cuando se sueldan los alabes al disco, cada soldadura
contrae y deforma al materia que se esta soldado. Ladeformación causada por una soldadura es poca, perocon la suma de todas, la turbina puede terminar siendoUna banana y eso es dificil de arreglar. Para evitar esto
se puntean primero en cada disco cuatro alabes a 90_ . ' - ... ,, "
...
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grados entre sí, luego otras cuatro desfasadas tresdivisiones, luego otras cuatro y así siguiendo hasta
completar. A continuación se suelda todo siguiendo el
mismo orden.
75 %
17 a 80
S20 a 1.750
70
N= 199,7Vh
6070%
2 a 19
130 a 430
N = 94.5Vh
Prestadones de las Turbinas de Flujo Cruzado
TI T2
400 200
28 32S 2.56S 31
SO a 400 SO a 920
Rotor Diámetro
Alabes Cantidad
Espesor mm
Radio de curvatura
Ancho de la admisión
Velocidad N en rpm
39,4
N=- - - --Vh
DRango de salto h (m)
Rango de velocidad rpm
Generación máx ima Kw.
Rendimiento
Turbina
ArgentinaSin recomendar por
faita de conocimiento.Tecnhydro SA Calle
27 NOS88 La Plata
021-793-467 I 794
782 I [email protected].
ar
Sa lto metros 6 8 10Caudal Ut/sea 6 7 8
Potencia vatios 85 125 180
4?
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Ruedas hidráulicas
La clásica noria todavía se usa, se construye con
madera. En Córdoba, en una acequia, instaron una
rueda hidráulica hecha con una rueda de bicicieta y unamultiplicación con cadena Con esto mueven un pequeño
alternador que no es nada mas que el motor de unabOmba de agua de lavarropas, este genera 200 mA. La
batería la usaban solamente para un tubo y la radioEl problema de la noria clásica es su baja velocidad, a
causa de esto hay que hacer un tren compuesto depoleas o cadena, cosa que encarece, complica y producepérdida de energía. En casos como este conviene más
una turbina Kaplan casera que es más rápida.
Ruedas clásicas
No obstante se recomienda la rueda clásica paraaplicaciones directas que requieren poca velocidad,
como mover un molino, un tormo de alfarero, etc.
Labalsa
En Misiones se usan unas baisas con rueda hidráulicaatadas a la orilla del Paraná. la balsa incluyemultiplicación y generador. Téngase en cuenta que por '
Misiones el río tiene buena velocidad. I
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Turbina Hidráulica reciclada
Fue hecha para instalar en Córdoba, hicimos un
equipo hidráulico, todo con materiales reciclados. La
turbina, tipo Francis, es un ventilador de fotocopiadora.
Entra el agua por donde sopla el ventilado y sale por elcentro. Al pasar el agua io hace girar.
" " "
Turbina y generador
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' ~ - .Transmisión con lamisma correa de la lustradora
B ' motor del ventilador es con rotor en corto circuito.
Retirando el bobinado, el rotor hace la función de polea.
El generador es un motor de lustra-aspiradora
modificado. La modificación es el reemplazo del campopor el imán pennanente de un electro-ventilador de FiatDuna, también reddado. La correa y una de las poleas
son las mismas de la lustradora y la otra polea es elrotor del motor asfncrónico del ventilador
B agua viene por un caño de 10 cm de diámetrodesde una diferenda de altura de 6 m y luego se
devuelve el agua a la acequia de donde se sacó. Entrega1,3 A Y fundona 24 h por día: 372,4 Wh por día.
Saboníus del río
Hicimos un Sabonius para montar debajo de unabalsa en el Delta de TIgre. La idea era mover una bomba
a diafragma para elevar agua.
Este proyecto se suspend ió porque al momento de
Sumergir el Sabonius no tenía fuerza suficiente ni paragirar solo, sin carga alguna.
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"'jfN4UeAAJ
80/111BA ADlAF1WJMA
u ~ E l l . t J . I A
Si aiguien lo hace que busque lugares cen mucha máscorriente o deben hacerlos más grande. El nuestro se
hizo con un tacho de plástico cortado en dos, tenia 95
cm de diámetro, 60 cm de altura y el tacho que
cortamos no tenía sección circular, era casi cuadrado. Ya
saben. Si van a hacer una prueba, piensen en un
diámetro de 2 m, una profundidad de 1 m, secc iónredonda y un lugar con buena corriente. Mas que en el
Arroyo Durazno.
Embolo hidráulico
En un documental de la teievisión vimos una maravilla
que vale la pena centar por si alguien tiene laoportunidad de llevarlo a la practica.
En un acantilado había una cueva (no sé si natural o
artificial) por donde entraba el agua del mar. La cueva
terminaba en un tramo vertical a modo de chimenea . A
la salida de esta "chimenea" hicieron una loza a modode cierre dejando en el centro un agujero redondo. Porel agujero entra y saie aire cada vez que el mar mete y
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saca agua. Ahí instalaron un generador con una hélice
movida por el aire.
--5 !§
Como 51fuera poca l a . ~ e n l a l i d a d de esto, agregaron
otra genialidad más. La hélice tiene dos posidones, una
con paso positivo y otra con paso negativo según sea el
sentido de la corriente de aire. A consecuencia de esto,
la hélice gira siempre para el mismo lado. De modo que
no se gasta energía acelerando, desacelerando y
cambiando el sentido de rotadón.
Instalaci6n Hidráulica
Para aprovechar la energía hidráulica hay varias
instaladones posibles según tengamos el caso de muchaaltura con poco caudal, poca altura con mucho caudal ytodas las combinadones. Cuando la altura es
considerable se hace un dique, de ahí se deriva agua por
una acequia o por un caño hacia la turbina y luego se
devuelve el agua al río..
47
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"---
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.toen anterior; derivando con caño
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III- Losgeneradores
Como ya vimos, con turbina de viento o de agua, es
muy poco lo que podemos elegir. La velocidad del
viento, la altura y el caudal disponible son cosas dadas,
En cuanto a la generación de energía sí hay cosas para
elegir. Según el caso, puede ser más barato (o sencillo)alguna de las siguientes alternativas:
1- generar continua y usar continua.
Es la alternativa más barata por el bajo consumo de los
artefactos y la iluminación de 12 V Y por la baja potencia
instalada, debido a que se acumula energía cuando no
hay consumo.2- generar alterna y usar alterna.
Es más sencillo el alternador que la dinamo, por otra
pa rte, la instalación y uso de 220 V alterna, es como
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estamos acostumbrados. Lo que tenemos en contra es,una que la potencia instalada debe ser mayor que el
máximo consumo posible, y la otra es la complicación de
tener que regular la velocidad.
3- generar alterna y transfonmarla a continua.Mediante un simple circuito de "rectificación" (que
transforma alterna en continua) juntamos la sencillez del
alternador con el bajo consumo de los artefactos de 12V, la baja potencia requerida y además, no tenemos la
complicación y el costo de una instalación para regularla velocidad. Es sencillo rectificar la corriente alterna. Los
diodos tienen la propiedad de dejar pasar la corriente
para un solo lado y no la deja volver para el otro. Con
esa propiedad, un poco de ingenio y uno, dos o cuatrodiodos es posible transfonmar ca en cc.
IOrcuito rectificador con 4 diodos Cuando va Cuando vuelve
Rectficador de c e. Producec.e.
4- generar continua y transfonmarla a alterna.
Se usa cuando la fuente de energía es solar y sequiere vivir como en la dudad. TIene la ventaja de
almacenar energía, eso hace que la potencia requerida
sea menor. Pero por otro lado es una alternativa cara
por el costo del ondulador y el desperdicio de energía enla transformación de continua a alterna, esto tiene un
rendimiento del SO %, esto obliga a duplicar la potencia
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instalada, 'y luego, la mayoría de los aparatos la vuelvena transformar a 12 V.
Esta es la alternativa que presentan los libros delHemisferio Norte, donde se derrocha tanto dinero. Esta
es, por lejos, la alternativa más cara posible.
Velocidad de las turbinas
La mayoría de los generadores o motores adaptados
necesitan elevada velocidad mientras que la mayoría delas turbinas eólicas o hidráulicas giran entre 200 y 3.000
rpm. Sería muy sencillo colocar una hélice a unalternador de automóvil pero esos alternadores trabajanentre 3.600 y 16.000 rpm cuando el motor está girandoentre 900 y 4.000 rpm.Una solución es usar una multiplicación mecánica
para adaptar las velocidades. Construir esto puede ser
una seria compl ícad ón; un costo adidonal y una pérdidade energía importante a causa del rozamiento. La mejorsolución es usar generadores que sean capaces de
cargar baterías con poca velocidad.
Cuando se trata de generadores caseros, estos sepueden hacer a partir del uso de motores de 220 V (ya
sea motores de continua o alterna) para generar 12 V.Porque si con 220 V gira por ejemplo a 3.000 rpm,podemos esperar que con solo 300 rpm genere 22 V (en
teoría)Pero esto no funciona, no genera ni un mV, eso se
debe a la falta de campo magnético. En las dínamos o
alternadores no hay campo sin corriente, ni haycorriente sin campo, a menos que le demos un primergolpe de corriente para que comience a generar. Aún
así, la tensión es poca porque el campo es poco, amenos que nuestra turbina gire por arriba de las 10.000rpm. Para resolver esto, removemos los electroimanes y
los reemplazamos por unos buenos imanespermanentes.
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Demotor a dinamo
Conversión del motor de la Yelmo
v
~ .
zo
,,. - ---------lA
Curvas de unmotorde lustra-aspiradora con imanes permanentes
Con imanes permanentes hay campo siempre, aún para
velocidad cero. No obstante, las mediciones con carga
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de un motor de lustra-aspiradora nos han dado muchomenos de lo ~ e " , ' O d o como se ve en la gráfica, apenas
600 mA para 900 rpm.
Oemotor a alternador
Cua lquier motor de corriente alterna puede ser
transformado en altemador.
...• ..
@
.....oll."' .. " 'Od• • ,""'...."/
,Altemadorcon electroimán giratorio, de dos polos
Motores sin carbones
Lavarropas, heladeras, amoladoras de banco, bombas
de agua, cortadoras de pasto, extractores de aire yventiladores grandes y otras maqulnas tienen motor
monofásico de c. a. A estos se los convierte a generador
con solo reemplazar el rotor por imanes permanentes:dos polos, cuatro, seis, ocho o más polos, siempre de a
pares (un Norte y un Sur). ...Cuando se trata de alternadores, tenemos una
ventaja adicional para facilitar la adaptación al número
de vueltas de la turbina: Con la cantidad de polos se
puede hacer que nuestro motor convertido en generadorsea capaz de producir igual prestación con menor
Ve locidad.
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Un motor monofásico tiene un bobinado de dos
campos, al convertirlo en generador va a dar un cuclo pr
vueita con un imán de dos polos (N y S), Y genera 50 Hz
con una turbina que gira a 50 rps = 3.000 rpm. Si nocontamos con una turbina tan rápida es posible generar
la misma frecuencia girando a 1.500 rpm con un rotor
de cuatro polos magnéticos, a 1.000 rpm con 6 polos y a
750 rpm con 8 polos.
2 PCL es " L C ' 6rt:"LC sMotores monofásicos convertidos engeneradores
De ventiladorde techo a generadorLos ventiiadores de techo son como cualquier motor
asincrónico conla diferencia deque losalambres están ,'7'P-Tr {'NA
en ei centro yno giran
mientras que el
rotor en cortocircuito está
afuera. El rotor
exterior debería ser reemplazado por un aro quecontenga los imanes permanentes.
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Alternador tr ifásico
Pon iendo a girar uno o varios pares de imanespermanentes dentro de un motor asincrónico trifásico
pasa exactamente lo mismo que hemos dicho hasta aquí
pero en cada fase. Obtenemos corriente trifásica de 50Hz si conciliamos la velocidad de la turbina y la cantidad
de polos apropiadas.También la trifásica se puede rectificar:
I ril/J...,a ~ ~ ~ ! - - o--
....n '..
Rectificador trifásicode onda comptets
Motor as/nerón/ca como generador
No hay en la industria un motor tan barato y
abundante como los de este tipo. Para la adaptación no
es necesario tocar el rotor, ni siquiera hace falta abrirlo.Si lo vamos a usar conectados a la red, cualquier
motor monofásico o trifásico, basta con acoplarlo a laturbina, conectarlo a la red para que funcione como
motor empujando a la turbina, luego abrir el agua hasta
que la turbina sea quien empuje al motor. Si la turb ina
tiende a girar un poco más lento que la red, el motor esel que empuja a la turbina y consume, si la turbinaquiere girar más rápido que la red, el motor es
empuj ado, se convierte en generador y produce.Si vamos a estar desconectado la cosa es más
compleja. Sólo es posible hacerlo con motores trifásicos
tanto para producir corriente trifásica como para
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producir monofásica, debe ser siempre con un motor
trifásico.Para producir trifásica hay que instalar un capacitar
en paralelo con cada bobina del motor para generar una
pequeña corriente de excitación. La capacidad es ia
necesaria para una corriente igual a la corriente reactiva
dei motor.
IrCe
=--------------
2n . f . V
Ce: capacidad en F
Ir:corriente reactiva en Af: frecuencia en Hz
V: la tensión en voltios
Estrella can capacitares en tdángulo
Para saber cuanto es la corriente reactiva "Ir", hay
dos maneras: una es poner el motor en marcha en vacío
y medir una fase o las tres y hacer la cuenta por fase. La
otra es, con los datos de la chapa del motor, hacer el
cálculo pitagórico entre la potencia en W y el consumo
en VA o el calculo trigonométrico con el cos Nocomprar capacitares de arranque (son mucho más
baratos) porque no resisten el servicio continuo,
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Para generar monofásica, el ensayo y el cá lculo son
iguales, los capacitares también son 3, y la forma deconexión es un capacitar en paralelo con el consumo,
dos en paralelo con otra fase y ninguno en la otra. Elsentido de giro no es indiferente, para un lado no
genera, para el otro sí.
Siempre es conveniente generar en una frecuencia
un poco mayor que la de diseño del motor.Para más información www.itdg.org.pe
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VI- Control de velocidad .
Variaciones de carga
Por lo dicho hasta aquí parece fácil congeniarcualquier turbina con cualquier generador, pero no es
así, por que la turbina se enlentece en la medida que elgenerador se pone pesado y el generador se pone
pesado cuando aumenta el consumo de corriente.Para formar una buena pareja turbina-generador no
basta con lo visto hasta ahora, tenemos que conocer laCUrva de torque de cada uno de los com ponentes.
Donde se cortan las dos curvas está la velocidad deequilibrio, a ese número de vueltas girará el sistema.
"1
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rpmIntersección de lasCUNa
En la medida que aumenta la corriente, la curva de
torque del generado se hace más empinada y se
cortarán las curvas a menor velocidad. Cuando
disminuye el consumo de corriente se aplana la curva
del generador y se cortan a mayor velocidad.
Si se cruzan a una velocidad no deseada es necesario
aplicar una transmisión a cadena o correa.
Regulación de velocidadEl sistema si está conectado a la red no necesita
regulación alguna, si no lo está tendrá una fuertetendencia a variar su velocidad en función del consumo
eléctrico. Por lo tanto, para mantener la velocidad
dentro de los límites admisibles hace falta un sistema de
control de velocidad hidráulico, eléctrico o electn;onico.
Control hidráulicoEl primero consiste en una válvula que restringe el
paso de agua cuando el consumo es bajo o nulo y se _
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va abriendo en la medida en que la velocidad tiene a
bajar.
1- péndulo centrífugo2- Estrangulación I válvula piloto
3- Palanca
4- Cilindro de apertura, con cierrea resorte
5- Compuerta
6- Suministro de presiónhidráulica
Nive l oe i : - < l . ...dimcn(.lción
~ ' L ._
- . - -
F
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0--..0
Controlmecánico de velocidadpara turbina Banki
La válvula puede estar gobernada por un sistema '.', . ~electrónico o mecánico. El segundo a ~ t i e n c o . ~ ~ 5 ~ : ;el caudal de agua y es un sistema electronico que d , ~ " ? '
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corriente por un grupo de resistencias para disipar el
exceso de energía.Hay una pequeña corriente de agua que pasa por una
estrangulación fija (6) y otra estranguiación variable (2)
Cuando el péndulo tiende a cerrarse por falta develocidad disminuye la estrangulación de caudal en (2),
eso aumenta la presión en el cilindro (4) que vence al
resorte y abre la lengüeta para aumentar la velocidad dela turbina . Cuando hay exceso de velocidad aumenta el
caudal en (2), se relaja el cilindro (4) y el resorte cierra.
Control eléctrico.
Un circuito electrónico de conmutación va conectando
y desconectando resistencias que están en paralelo con
el consumo, con el propósito de que el generador esté
siempre trabajando a plena carga, cosa que permitemantener la velocidad constante.
1 .. ...
-. ...---
. ....,.
' ,- ', ', ~
lo• • •
Controlpor caudal.
Un circuito mide la frecuencia, cuando esta aumenta
por encima del valor deseado activa un relay, cuando
baja activa otro. La señal de los relays van a una válvula-
ó4
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con actuador eléctrico que va abriendo o cerrando elagua de la turbina para que esta mantenga la velocidad
constante.
Puede ser un frecuencimetro con alarma de alta ybaja, estas salidas para alarmas deben ser aptas para
mover un relay o adaptadas. Tarnbícen, con un circuito a
base de un TCfi003rpm se puede hacer elfrecuenQmetro con salidas a relay o mandarlos a hacer,esto cuesta 100 dólares, uno de los que hacen ' '. r••
es www.teksor.com.ar
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APÉNDICE
Estos temas requieren un mínimo de formacióntécnica, no necesariamente hay que ser TécnicoMecánico O Eléctrico. Cualquier Técnico Químico,
Agrónomo, Electrónico, Maestro Mayor de Obra tieneesa forma de pensar que le permite entender esto de
una lectura. se dejaron para el final porque hay genteque abandona la lectura cuando no entiende un par de
renglones. Si la abandonan a esta altura del libro ya noes grave. se puede tener Energía Eólica e Hidráulica a
bajo costo sin entender lo que viene a continuación
Hélice T. T. de Torque Total
Aparentemente, por efecto del viento, la hélice hacefuerza en toda la superficie. se cree que toda lasuperficie de la Hélice genera torque. Pero no es así. La
velocidad tangencial de la hélice va cambiando enfunción del diámetro, llegando a cero en el eje derotación. Mientras que el viento que pasa tiene la misma
velocidad a lo largo de toda la hélice.
Si una hélice tiene el mismo paso en todo su largo y
la mantenemos frenada y expuesta al viento, toda susuperficie va a generar fuerza porque hay una relación
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Perontre velocidad de viento y ángulo de la hélice.cuando la hélice está girando, esto no sucede.
di.ucr P¿'¡'¡ IVA.-- 1 t = ..
--(1j--,
I
I,
Hélicede paso constante
Olvidemos el viento por un momento. Si hacemos -girar la hélice lentamente y ponemos el dedo en la superficie de atrás, no va a expulsar el dedo debido aque esa cara es como una cuña. Observe que lavelocidad de expulsión o velocidad de escape es mayoren la punta de la héliceque en el centro.
La hélice común, genera torque sobre un radio dondela velocidad de escape es un poco menor que la delviento, casi no hace fuerza donde el radio es menor eincluso, para radios mayores hay una superficie que
frena, porque la velocidad de escape supera a la delviento y trabaja como hélice de avión, empujando al
aire .
Pensemos en una hélice que tenga igual velocidad deescape en toda su longitud cuando está girando. Debe
tener un ángulo que varía a lo largo del radio. En elcentro, la velocidad tangencial es cero, por lo tanto, latangente del ángulo es infinita. La tangente del ángulo
( , ~$1
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Vv
Tg a = ----2 . Vt
para cada radio debe ser la relación entre la velocidaddel viento y la velocidad tangenc ial en ese punto .
Lo dicho hasta aquí es ideal. La veloc idad de escape
debe ser siempre inferior a la del viento. Esa diferenciaes la pérdida de energ ía delviento.
La energía del viento es = 'h m. V' pero lo queaprovecha la hélice es la pérd ida de veloc idad del vientoal pasar por la turbina. Segúr el teorema de Bet2 hay un
límite, la pérdida de velocidad no puede ser mayor a '1Podemos tomar entonces una pérdida de '12, de modoque para nosotros la tangente para cada radio va a ser :
i - I ~ ! J . . e r r 1
= - _ + L i N_ ., Iq..:J;
! L\\t ~ , ~ ~ " 1\ ~ \ ..: . y ~
e "r - ; . ~ .., . r VJI"" .t..
..f ..,¡. / we -, f:;/ j";-,-;- - .--._-i , .. ¡/' . , !, . ¡ . ,
. / ~ · " " . II r 'L .
Hélice de Tarque Tata/.
Vv: Ve locidad del viento (m/seg)
Tg: Tangente para cada rad ioVt: Velocidad tangencial (m/seg)
Vv
Reemplazando Vt: Tg a=----------2. n .n. D
La héliceT.T. genera torque con toda su superficie
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Factores de Forma
Las t ábncas de bombas no tienen un modelo para
cada prestación. Según el caso, le ponen un motor de1.400 ó 2.800 rpm. También a último momento le
tornean el impulsar para que cumpla con la curva quepide el cliente. A veces el cliente se ve forzado a tornear
un impulsor (porque la va a usar en otro tado, por
ejemplo) Para estos casos los fabricantes acercan unasfonnul itas como referencia y para evitar que se pasen de
medida con el torno.
Estas dicen que:,
El caudal es función del número de vueltas y decuadrado del diámetro.
La altura es función del cuadrado del número de
vueltas y del cubo del diámetro.
La potencia es función del número de vueltas al cuboy del diámetro a la quinta.
Q = (f) N = (f) D'H = (f) N' = (f) D3
P=(f) N3 =(f) D'
Cuando se utiliza una bomba como turbina es
conveniente elegir la que tiene menos torneado el
impulsor, porque eso es espacio libre, cosa que noconviene en estos casos.
Es muy importante conversar con los técnicos de la
fabrica de bombas porque si ellos conocen nuestraintención pueden ofrecer modelos alternativos mejores
para nuestro caso.
:Jo/o ,
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/HC/CE
L Energía Eólica
Potenda disponiblecalculo graf/coVelocidad del vientoMedidor de velocidad del vientoDetector eléctrico
Medid6n visualLaaltura tiene que ver
Más importante que la vetooaedMejor poco pero siempre
La turbina eólica •
¿Porqué las hélices tienen 4; 3; 12 palas?
TurlJinas de eje verticalLograve de la energfa E6f1ca
FabricantesDe cartel a generador eólicoMolinos de viento
11- Energía hldráu//ca¿Cuanta potencia tenemos?
Medid6nde la altura
La altura realcalculode la perdida de cargaMed ición de caudalLas turbinas hidráu licas
La turbina KapianLa Kaplan caserala
Frands¿Que turbina?La Frands caseraNo cualquier bombaTurbinahidráulica deherrenaDescripci6n de la turbIna TI.
Lasoldadura deforma
Ruedas hidráuflcasLa balsaTurbna Hidráuflca reddada
335
667810
1011
121314
l S
17
1718
23
23
24
152S
282930
31
323333
3436
37
40
414242
r
11
l a
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sebootus del ríoEmbolo hidráulico
Instalac ión Hidráulica
III- Los generadores
Velocidad de las turbinas
De motor a dinamoDemotor a alternadorAlternador trifásicoVa riaciones de carga
Reguladón de velocidad.,' " -
APÉNDICE
Hélice T.T. deTorque Total
Factores de Fpnma.
. ' : " "..
:. . ..
44
45
46
49
51
52
53
55
55
56
59
59
62
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COLECCIÓN PERMACUlTU
Cómo t ratar a la tier ra: Sobre explotar la tierra con fertilidad crececorregir las tierras. Plantas indicadoras.
Labra nza Cero: Sin puntear, sin arar, sin sacar pasto, malezas, ártxreces. En pequeñas y grandes extensiones. cermacmra con m.;quin,Intercultivos: Plantas enemigas, plantas compañeras. Varias exptot
misma superfide. Tablas de afinidades. ReladOn entre familias.Siembra Poda Injerto: Claves de la siembra, enfermedades de reprinjertos: Cómoy porqué se hacen y cómo y porqué dejar de hacerlos.Con tr o l de Plagas: Plantas e insectos Que custodian, insectos QU
posible pactar. los insectos de cada planta y Quien los repele.Huerta Urbana: cnnve- en techos, ártoles, paredes, interiores, ITlf
y nncones. Hidroponía susten table.La basura : Todos los reci clajes: Rendaje de basura orqéruca con
rendaje de plásticos, pilas. Para la casa y para la dudad.Bacterias para la Salud: Las bacterias limpian, desodorizan, desmñ
salud y conservan alimentos. Higiene sin detergente, lavafK
Conservaciónde alimentos sin fria.
Refrigeración VCalefacción solar: Cuanto más Solmás frio. ArQU I
del fria y el calor.Uso V reci claje del agua: cectecoo. serecoón, conservación y recBaños secos. Purificación del agua con plantas acuáticas.Autoconstrucción: Construcción con materiales del lugar y de ba]tierra compactada, fardos de pasto, Bambú, Abras Naturales, Suelo Ce
El calor del Sol: (alefones, hornos y manas solares. Detalles
Destiladores de alto rendimiento.Hornos y cocinas de barro. Cocinar sin fuego: Modelos de all
Construcdón y lISO . Al tf!fTlativas para ahOlTilf y para no consumir coml
Biogás: CáIUJlo y diseño de digestores . Purificadón y almacenaje (motores. Instalación. Digestor de barre móvil.Energía Solar de bajo costo: Nodones básicas de energía, trabajo,electricidad. EnP.fg ía eléctrica solar de bajo costo. Cálculos, instaladonEnergía Eólica e Hidráulica de bajo costo:. Traosrcrmadén bomb
de motores en generadores. Cálculos de potencias y costos.Cría de an imales pequeños: gallinas, conejos, patos, gansos, palan
Apicultura hogareña : ConstruCCión de colmenas, lnstalaocnes y
Manejo y multiplicadón de núcleos.
l ibros en preparación
Producción de hongos : Qlampii\ón,Girgolas, Shitake. Producd ón GAcuacu ltura: Peces, langostinos, caracoles, plantas acuáticas, algas (
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de la Central Atémlca Río IlI. Hoy pone aquí una desaipdón sencillay
La Sociedad de los Zombis Ensayo desestabilizador de usos y ceaítica exagerada a la sociedad de consumo